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光纤中布里渊散射的机理及其应用研究

王如刚  
【摘要】:布里渊散射光相对于入射光具有一定的频移,且频移量与外界环境的温度和应力呈线性关系。利用这些特性可以实现高速信号(微波信号)的产生、交换(可控延迟)以及获取(光纤传感)等,这些方面都是实现全光信息技术的核心。因此,系统地研究光纤中布里渊散射的机理及其应用,不仅具有学术价值,而且具有十分重要的社会意义。 本文分析了光纤布里渊散射的特性,并对其在分布式光纤传感技术、微波信号光学产生技术以及可控光延迟方面的应用进行了理论和实验研究。 根据布里渊光时域反射技术(BOTDR)对本振光的要求,设计了单频布里渊激光器,理论分析了该激光器的相位噪声;获得的最小布里渊激光线宽为2.8MHz,最大输出功率达到了14dBm;利用该布里渊激光器做相干检测BOTDR系统的本振光源,在53km的传感距离上温度测量误差约为0.5℃。实验结果表明,该方法可以有效地降低BOTDR系统中所需探测器的带宽,且该系统具有较高的测量精度和实用价值。 分析了基于布里渊散射的微波信号产生机理,提出了级联环形腔结构的可调谐微波信号产生的方法,通过调节布里渊激光器中可调衰减器的损耗、光纤的温度以及泵浦波长,获得了390-453MHz和10.863-11.075GHz两个频段的可调谐微波信号。两个频段微波信号的频率波动为0.2MHz,展现了较高的频率稳定性。如果使用调谐范围较高的温度控制器、布里渊频移间隔较大的增益光纤以及调谐范围较宽的泵浦波长,微波信号的可调谐频率范围可以进一步的增加。 理论分析了多布里渊增益线慢光的纵模间隔对信号延迟与增益的影响,发现当纵模间隔与布里渊增益谱带宽的比值小于0.3时,信号的展宽可以忽略。提出了利用半导体光放大器获得多纵模宽带泵浦源的方法,当利用可调谐滤波器获得可调谐激光泵浦时,获得的可调谐泵浦源纵模间隔为6MHz,3dB带宽为11.5GHz,调谐范围为1515-1560nm,带宽波动约为100MHz;利用8Gbit/s的高速信号,在17dBm泵浦情况下获得了83ps无误码(BER10-9)的延迟。在多通道布里渊散射慢光方面,利用两个光纤光栅滤波器获得了双波长宽带泵浦源,其纵模间隔为7MHz,3dB带宽分别为11.6GHz和11.2GHz,在19dBm泵浦时,分别获得了56.4ps和56.0ps无误码的延迟。


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